JP2006208077A - Semiconductor integrated circuit and inspection method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体集積回路の故障を検出する技術に関し、特に遅延故障の検出を容易化した技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a failure of a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a technique that facilitates detection of a delay fault.
一般にLSI(大規模集積回路)の故障は、配線上のオープン/ショート故障、スタックアット故障(0/1論理に固定される縮退故障)等いくつかの種類に分類される。設計時に行うシミュレーションでは主にスタックアット故障モデルが仮定され、その故障を検出するためのテストパターンが作成されてきた。 In general, LSI (Large Scale Integrated Circuit) failures are classified into several types such as open / short failures on wiring, stuck-at failures (degenerate failures fixed to 0/1 logic), and the like. In the simulation performed at the time of design, a stack-at fault model is mainly assumed, and a test pattern for detecting the fault has been created.
しかし近年、LSIの微細化・高速化に伴い、信号のタイミング(遅延)に影響する物理的な欠陥を考慮する必要が出てきた。たとえば、ある配線が断線寸前状態にあるような欠陥である。こうした遅延故障(ACフォルト)はその信号線が高抵抗状態にあるため、必ずしも論理が遷移しないスタックアット故障モデル検出のためのテストパターンだと検出できず、この信号線に0から1または1から0といった論理が遷移するテストパターンを与える必要がある。それを考慮したテストが、ACフォルトテスト(またはTransition Delayテスト)とよばれるものである。 However, in recent years, with the miniaturization and speeding up of LSIs, it has become necessary to consider physical defects that affect the timing (delay) of signals. For example, it is a defect in which a certain wiring is in a state immediately before disconnection. Such a delay fault (AC fault) cannot be detected as a test pattern for detecting a stuck-at fault model in which the logic does not necessarily change because the signal line is in a high resistance state. It is necessary to provide a test pattern in which logic such as 0 transitions. A test that takes this into account is called an AC fault test (or Transition Delay test).
ACフォルトテストを行うための従来の技術には、特許文献1に記載されるものがある。この技術では、同文献中の段落番号40および図1に記載されるように、スキャンフリップフロップの反転出力QCをフィードバックしてD入力端子に入力可能なセレクタ2Aを付加する。そして同文献中の段落番号46,47および図5に記載されるように実動作周波数テストにおいて、スキャンフリップフロップに組み合わせ回路のデータを取り込むステップ22Bに前置し、スキャンフリップフロップの出力を反転させるステップ22Aを付加することとし、スキャンフリップフロップの出力を確実に状態遷移させることでスタックアット故障テストにおいて遅延故障も検査できるようにしている。
A conventional technique for performing an AC fault test is described in
また同文献中の段落番号55〜57および図9に記載されるように、ATPG(自動テストパターン生成)ツールを用いてテストパターンを生成するにあたり、スタックアット故障検出用のスキャンテストパターン41の他に、1周期ごとに反転させたデータをスキャンフリップフロップの段数分連続させてなるスキャンテストパターン42,43を生成しておき、このスキャンテストパターン42,43を用いて遅延故障を検出する手法も開示されている。 In addition, as described in paragraphs 55 to 57 and FIG. 9 in the same document, when generating a test pattern using an ATPG (automatic test pattern generation) tool, in addition to the scan test pattern 41 for detecting a stack-at fault. In addition, there is a method of generating scan test patterns 42 and 43 in which data inverted every one cycle is continued for the number of stages of the scan flip-flop, and detecting a delay fault using the scan test patterns 42 and 43. It is disclosed.
また特許文献2には、1ビッドシフトごとにシフトデータが反転する診断スキャンパスを診断対象の論理装置に構成する技術が開示されている。同文献中の図1の符号を引用して簡単に説明すると、N個のフリップフロップSF1〜SFNにより反転型シフトレジスタ状のスキャンパスを構成する。そしてJTフリップフロップ108およびカウンタ121の協調動作によりスキャンパスの段数Nが偶数か奇数かを判別し、この判別結果に従ってORゲート105およびANDゲート106,107により最終段のフリップフロップSFNの出力信号Qまたは反転出力/Qを選択して出力端子5に出力する。このような構成とすることにより、スキャンパスへのスキャンインまたはスキャンアウトにおいて、スキャンパスが反転型であることを考慮せず通常の取り扱いで済む。またフリップフロップSF1〜SFNにおいてスタックアット故障が生じてる場合、一旦すべてのフリップフロップSF1〜SFNを初期化した後スキャンアウト動作を行うことにより故障しているフリップフロップを特定できる。
しかしながら特許文献1記載の技術では、通常のスタックアット故障検出用のスキャンテストに加えてACフォルトテストを別途行う必要があるため、検査工程における工数が増加し、製造コストが高くなるなどの問題点を生じる。
However, in the technique described in
また特許文献2記載の技術は、順序回路のスタックアット故障の検出に特化した技術であり、順序回路のACフォルトの検出には不向きであり、また外部には意識させずにスキャンパス上のデータが1ビットシフトごとに反転しているため、組み合わせ回路にテストパターンを与えあるいは組み合わせ回路の出力を取り込む用途にも不向きである。 The technique described in Patent Document 2 is a technique specialized for detecting a stack-at fault in a sequential circuit, is not suitable for detecting an AC fault in a sequential circuit, and on the scan path without being conscious of the outside. Since the data is inverted every 1-bit shift, it is not suitable for an application in which a test pattern is given to the combinational circuit or the output of the combinational circuit is captured.
この発明は、このような事情に鑑み、検査対象となる回路をトグル率の高い回路構成とし、たとえば通常のテストパターンを用いたスタックアット故障検査でも併せて遅延故障を検出しうるように、遅延故障検出の容易化を図る技術を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention has a circuit configuration with a high toggle rate as a circuit to be inspected, and, for example, a delay fault can be detected in a stack-at fault inspection using a normal test pattern. It is an object to provide a technique for facilitating failure detection.
上記の課題を解決するために請求項1記載の発明は、非インバータ系ゲートを出力段の論理が反転したインバータ系ゲートに置換すると共に該インバータ系ゲートの後段にインバータを付加してなる論理回路を実装したことを特徴とする半導体集積回路を提供する。
In order to solve the above problems, the invention according to
また請求項2記載の発明は、請求項1記載の半導体集積回路において、スキャンフリップフロップを複数段接続してなるスキャンチェーン回路であって、前段のスキャンフリップフロップの反転出力端子を後段のスキャン入力端子に接続したものを実装したものを提供する。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor integrated circuit according to the first aspect, the scan chain circuit is formed by connecting a plurality of scan flip-flops, and the inverted output terminal of the preceding scan flip-flop is connected to the subsequent scan input. Provide what is connected to the terminal.
また請求項3記載の発明は、請求項1記載の半導体集積回路において、スキャンフリップフロップを複数段接続してなるスキャンチェーン回路であって、セレクタを介し前段のスキャンフリップフロップの出力端子および反転出力端子を後段のスキャン入力端子に択一的に接続したものを実装したことを特徴とする半導体集積回路を提供する。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor integrated circuit according to the first aspect, the scan chain circuit is formed by connecting a plurality of scan flip-flops, and the output terminal and the inverted output of the preceding scan flip-flop via a selector. Provided is a semiconductor integrated circuit in which a terminal in which a terminal is selectively connected to a subsequent scan input terminal is mounted.
また請求項4記載の発明は、スキャンフリップフロップをシフトデータがシフトごとに反転するように複数段接続してなるスキャンチェーン回路を実装した半導体集積回路を検査対象とし、組み合わせ回路の論理からテストパターンを生成し、生成したテストパターンの偶数番目のビットを反転したうえで前記スキャンチェーン回路にスキャンインして前記組み合わせ回路に伝搬させることを特徴とする半導体集積回路の検査方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, a semiconductor integrated circuit mounted with a scan chain circuit in which a plurality of stages of scan flip-flops are connected so that shift data is inverted at each shift is tested, and the test pattern is determined from the logic of the combinational circuit. And inverts even-numbered bits of the generated test pattern, and then scans into the scan chain circuit and propagates it to the combinational circuit.
この発明によれば、非インバータ系ゲートをインバータ系ゲートに置換することにより論理回路内部のトグル率を向上させており、信号伝搬時に各ゲート出力の状態遷移が頻繁に生じるから遅延故障の検出が容易化される利点がある。 According to the present invention, the non-inverter system gate is replaced with an inverter system gate to improve the toggle rate in the logic circuit, and the state transition of each gate output frequently occurs at the time of signal propagation. There are advantages to be facilitated.
またテストパターンの偶数番目のビットを反転したうえでスキャンチェーン回路にスキャンインする手法をとることにより、シフトデータがシフトごとに反転するスキャンチェーン回路をもって組み合わせ回路に伝搬させることとすれば、スキャンチェーン回路のトグル率も向上して順序回路の遅延故障の検出も容易化される利点がある。 In addition, if the even-numbered bits of the test pattern are inverted and then scanned into the scan chain circuit, the shift data is propagated to the combinational circuit with a scan chain circuit that inverts every shift. There is an advantage that the toggle rate of the circuit is improved and the detection of the delay fault of the sequential circuit is facilitated.
以下、図面を用いてこの発明の実施形態を説明する。
まず図1,2を参照しつつこの発明の第1の実施形態を説明する。第1の実施形態では、LSIの回路設計の論理合成の段階においてネットリストを解析し、非インバータ系の論理回路をインバータ系の論理回路に置換する。ここで置換処理の対象とする回路例としてスキャンデータフリップフロップを使用するスキャンチェーン回路の一部を図1に示す。ただし、この置換処理はスキャンチェーン回路だけでなくLSI上の任意の論理回路を対象として行われる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, a netlist is analyzed at the stage of logic synthesis in LSI circuit design, and a non-inverter logic circuit is replaced with an inverter logic circuit. Here, FIG. 1 shows a part of a scan chain circuit using a scan data flip-flop as an example of a circuit to be replaced. However, this replacement processing is performed not only on the scan chain circuit but also on an arbitrary logic circuit on the LSI.
図1において、1は組み合わせ回路であり、各種のゲート101〜112により構成されている。201〜204はスキャンチェーン回路を構成するデータフリップフロップである。データフリップフロップ201〜204の端子Dはデータ入力端子、SIはシフト動作時の入力端子、SEはデータ入力を行うかシフト動作を行うかの切り替えを指示するSE信号の入力端子、CKはクロック入力端子、Qは正出力端子、QNはQの反転出力端子である。スキャン動作時は、SE信号を有効にしてシフト動作を行う。
In FIG. 1,
上記の置換処理では、ゲート101〜112の中から非インバータ系としてあらかじめ定義されているものを抽出する。この例では、ゲート101〜103,106,108,110〜112が抽出される。そして抽出したゲートを出力段の論理を反転したゲートに置換すると共に、そのゲートの後段にインバータを付加する処理を逐次行う。
In the above replacement processing, the
図2は、置換処理後の回路構成を示す。図1中のゲート101は図2中のインバータ101−1,101−2に置換されている。同様の置換処理がゲート102,103,106,108,110〜112にも施される。もともとインバータ系のゲートである103〜105,107,109は変更しない。
FIG. 2 shows a circuit configuration after the replacement process. The
この置換処理が完了した後、データフリップフロップを接続してスキャンチェーン回路を構成するステップに進む。図1に示すように通常はデータフリップフロップ201〜204が順に接続されるものとすると、この実施形態では、図2に示すようにデータフリップフロップの反転出力端子QNを次段のデータフリップフロップのSI入力端子に接続する。
After the replacement process is completed, the process proceeds to the step of connecting the data flip-flop and configuring the scan chain circuit. Assuming that data flip-
次にこの実施形態におけるテストパターンの作成について説明する。まず通常のスタックアット故障モデルによるテストパターンの作成を行い、得られたテストパターンにマスキング処理を施し、偶数番目のビットをすべて反転したパターンを作成してテストパターンとして登録する。 Next, creation of a test pattern in this embodiment will be described. First, a test pattern is created using a normal stack-at fault model, and the obtained test pattern is subjected to masking processing to create a pattern in which all even-numbered bits are inverted and registered as a test pattern.
そしてスキャンテスト時にあっては、上記のスキャンチェーン回路をもってスキャンイン動作を行い、登録してあるテストパターンをシリアル入力して各データフリップフロップに信号をセットする。このスキャンイン動作においてシフトデータはシフトごとに反転するため、偶数番目のデータフリップフロップには反転した信号がセットされることになる。したがって上記のマスキング処理によって反転した偶数番目のビットが正転し、マスキング処理前のテストパターンがスキャンチェーン回路にセットされる。この後、セットしたパターンを組み合わせ回路に伝搬させてその出力をデータフリップフロップに取り込み、データフリップフロップにスキャンアウト動作をさせて出力結果をスキャンアウトさせる。 At the time of a scan test, a scan-in operation is performed with the above-described scan chain circuit, and a registered test pattern is serially input to set a signal in each data flip-flop. In this scan-in operation, the shift data is inverted at every shift, so that the inverted signal is set in the even-numbered data flip-flop. Therefore, the even-numbered bits inverted by the masking process are rotated in the normal direction, and the test pattern before the masking process is set in the scan chain circuit. Thereafter, the set pattern is propagated to the combinational circuit, the output is taken into the data flip-flop, and the data flip-flop is caused to perform a scan-out operation to scan out the output result.
組み合わせ回路において信号が伝搬する際、上記のように組み合わせ回路は基本的にインバータ系のゲートにより構成されるので信号伝搬中におけるトグル率が高く、組み合わせ回路内部に遅延故障が生じている場合、その故障が出力に反映される蓋然性が高い。したがってスキャンアウトした出力結果からスタックアット故障の検査と同時に遅延故障の検出も容易になる。 When a signal propagates in the combinational circuit, the combinational circuit is basically composed of the gates of the inverter system as described above, so the toggle rate during signal propagation is high, and if there is a delay fault inside the combinational circuit, There is a high probability that a failure will be reflected in the output. Therefore, it becomes easy to detect the delay fault simultaneously with the inspection of the stack-at fault from the output result scanned out.
またスキャンチェーン回路もデータフリップフロップの反転出力を後段にシフトするトグル率の高い構成であるから、順序回路において遅延故障が生じてる場合もその故障が上記のスキャンアウトした出力結果に反映される蓋然性が高く、したがってスキャンアウトした出力結果から順序回路の遅延故障も同時に検査できる。 Since the scan chain circuit also has a high toggle rate that shifts the inverted output of the data flip-flop to the subsequent stage, even if a delay fault occurs in the sequential circuit, the probability that the fault is reflected in the scanned-out output result above Therefore, the delay fault of the sequential circuit can be simultaneously checked from the output result scanned out.
次にこの発明の第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態に係る回路構成例を示す回路図である。同図に示すように第2の実施形態では、スキャンチェーン回路を構成するあたり、前段のデータフリップフロップの出力部および後段のデータフリップフロップの入力部の間にセレクタ301〜303を介装している。セレクタ301〜303は前段のデータフリップフロップの出力Qおよび反転出力QNを入力とし、制御信号SE2に従ってQまたはQNを選択し、後段のデータフリップフロップのSI入力端子に出力するものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration example according to the second embodiment. As shown in the figure, in the second embodiment, when configuring the scan chain circuit,
このような構成とすることにより、制御信号SE2を切り替えることでデータフリップフロップの接続を正転シフトモードと反転シフトモードに切り替えることができる。正転シフトモードでは、前段のデータフリップフロップの出力Qを後段のデータフリップフロップのSI入力端子に伝搬させてシフトしていく構成をとる。反転シフトモードでは、前段のデータフリップフロップの反転出力QNを後段のデータフリップフロップのSI入力端子に伝搬させてシフトしていく構成をとる。 With such a configuration, the connection of the data flip-flop can be switched between the normal shift mode and the reverse shift mode by switching the control signal SE2. In the normal shift mode, the output Q of the preceding data flip-flop is propagated to the SI input terminal of the succeeding data flip-flop and shifted. In the inverting shift mode, the inverted output QN of the preceding data flip-flop is propagated to the SI input terminal of the succeeding data flip-flop and shifted.
第2の実施形態では、テストパターン作成の際にマスキング処理を付加する必要がなく、通常のスタックアット故障モデルによるテストパターンをそのまま登録すればよい。スキャンテスト時にあっては、正転シフトモードを選択して通常と同様の手順によりテストを実行していけばよい。 In the second embodiment, it is not necessary to add a masking process when creating a test pattern, and a test pattern based on a normal stack-at fault model may be registered as it is. At the time of the scan test, the normal rotation shift mode is selected and the test is executed by the same procedure as usual.
この後、必要に応じて反転シフトモードによる遅延故障テストを行う。このテストではたとえば各データフリップフロップをリセットした後「1」あるいは「0」を連続してスキャンインするといった単純な手法により、特別なテストパターンを用いずに遅延故障を検出できる。 Thereafter, a delay fault test in the inverted shift mode is performed as necessary. In this test, a delay fault can be detected without using a special test pattern, for example, by simply scanning in “1” or “0” after resetting each data flip-flop.
以上、この発明の第1および第2の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The first and second embodiments of the present invention have been described in detail above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within the scope not departing from the gist of the present invention.
1…組み合わせ回路 101〜112…ゲート 201〜204…データフリップフロップ 301〜303…セレクタ
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Cited By (1)
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US8719659B2 (en) | 2008-12-04 | 2014-05-06 | Fujitsu Limited | Storage apparatus and fault diagnosis method |
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2005
- 2005-01-26 JP JP2005017997A patent/JP2006208077A/en active Pending
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US8719659B2 (en) | 2008-12-04 | 2014-05-06 | Fujitsu Limited | Storage apparatus and fault diagnosis method |
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